A programmable hybrid digital chemical information processor based on the Belousov-Zhabotinsky reaction

计算机科学 可扩展性 概率逻辑 计算 算法 人工智能 数据库
作者
A. S. Sharma,Marcus Tze‐Kiat Ng,Juan Manuel Parrilla Gutiérrez,Y. Jiang,Leroy Cronin
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45896-7
摘要

Abstract The exponential growth of the power of modern digital computers is based upon the miniaturization of vast nanoscale arrays of electronic switches, but this will be eventually constrained by fabrication limits and power dissipation. Chemical processes have the potential to scale beyond these limits by performing computations through chemical reactions, yet the lack of well-defined programmability limits their scalability and performance. Here, we present a hybrid digitally programmable chemical array as a probabilistic computational machine that uses chemical oscillators using Belousov-Zhabotinsky reaction partitioned in interconnected cells as a computational substrate. This hybrid architecture performs efficient computation by distributing information between chemical and digital domains together with inbuilt error correction logic. The efficiency is gained by combining digital logic with probabilistic chemical logic based on nearest neighbour interactions and hysteresis effects. We demonstrated the computational capabilities of our hybrid processor by implementing one- and two-dimensional Chemical Cellular Automata demonstrating emergent dynamics of life-like entities called Chemits. Additionally, we demonstrate hybrid probabilistic logic as a viable logic for solving combinatorial optimization problems.
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